摘要：污水处理系统的自动化升级已成为现代环保工程的核心课题，基于PLC 的电气自动化控制方案为这一领域提供了高效可靠的技术路径。PLC 控制系统凭借其模块化设计、强抗干扰能力和灵活编程特性，能够精准适配污水处理厂复杂多变的工艺需求。通过将传感器网络、执行机构与中央逻辑控制器深度融合，该系统可实现全流程自动化运行，显著提升处理效率并降低人工干预误差，在环保标准日益严格的背景下展现出显著应用价值。

关键词：PLC；电气自动化控制；污水处理系统；设计

引言

面对污水处理行业对智能化、精细化运营的需求增长，基于PLC 的电气自动化控制系统正逐步成为主流解决方案。该技术通过实时采集水质参数与设备状态信息，利用可编程逻辑实现工艺参数的动态优化调整。其模块化架构支持功能扩展与远程维护，既能满足小型污水处理站的灵活部署需求，也能适应大型厂区的分级控制要求。在能源成本持续攀升的今天，PLC 系统还能通过优化设备启停策略实现节能降耗，为污水处理厂的可持续运营提供关键技术支撑。

1 污水处理工艺流程及控制需求分析

污水处理工艺流程及控制需求分析是PLC 控制系统设计的基础环节，典型污水处理需经过预处理、生物处理和深度处理三大阶段，其中预处理单元需控制格栅间隙调节、沉砂池排砂频率及初沉池污泥回流；生物处理单元重点监测溶解氧浓度、污泥浓度、污泥龄及营养物质投加量，确保活性污泥代谢活性稳定；深度处理阶段需精准控制过滤速度、消毒剂投加比例及出水浊度。各环节对自动化控制提出差异化需求：预处理要求快速响应固体污染物负荷变化，生物处理需动态平衡微生物环境参数，深度处理强调出水水质实时达标。此外，系统还需协调跨单元设备联动，如根据进水流量自动匹配曝气风机功率与污泥回流泵频率，形成工艺参数闭环调节控制体系，这对PLC 系统的多线程处理能力和逻辑编程灵活性提出了较高要求。

2 污水处理系统存在的问题

当前污水处理系统在实际运行中面临多重挑战，传统污水处理厂多采用人工巡检与固定参数控制模式，导致工艺调整滞后于进水水质波动，易引发出水指标超标风险。部分老旧设备依赖机械继电器控制，存在响应速度慢、故障率高等问题，增加了非计划停机频次。污水处理过程中能耗分布不均现象突出，曝气系统、水泵等高耗能设备常因固定运行模式造成能源浪费，尤其在低负荷时段未能有效调节功率。此外，污水处理厂各工艺单元数据采集分散，缺乏统一监控平台，导致运行数据碎片化，难以支撑全局优化决策。部分系统虽已部署自动化控制，但传感器精度不足或信号传输不稳定易引发误动作，而过度依赖人工经验调整参数又造成人力资源浪费。随着环保排放标准日益严格，传统模式污水处理系统在应对突发污染事件时显得动态适应能力不足，难以满足实时预警与快速响应需求，亟需通过智能化升级提升整体运营效能。

3 基于PLC 的电气自动化控制污水处理系统设计要点

3.1 系统硬件架构的模块化设计

基于PLC 的污水处理控制系统采用模块化硬件架构，以适应不同规模污水处理厂的灵活配置需求。中央控制单元选用冗余PLC 主机，通过扩展模块连接开关量 I/O 和模拟量采集通道，确保信号处理能力与系统扩展性相匹配。现场控制层部署分布式 I/O 站点，采用 Profibus-DP 或 ModbusTCP协议实现与传感器的低延迟通信，有效减少布线复杂程度。执行机构驱动模块包含变频器、软启动器和电磁阀驱动电路，可精确控制水泵转速、阀门开度等设备运行状态。系统配置冗余电源与浪涌保护装置，确保在电网波动或雷击环境下稳定运行。硬件设计预留 20% 的 I/O 扩展接口，支持未来新增监测点位或工艺升级需求，同时采用DIN 导轨安装方式便于现场维护与调试。

3.2 控制逻辑的精细化编程实现

PLC 软件编程采用分层结构化设计思想，将污水处理工艺分解为预处理、生化反应、深度处理等逻辑控制模块。针对格栅除污机设计间隙自适应算法，根据传感器检测到的固体污染物量动态调整格栅间距和运行时长，防止过载或堵塞。生化反应池溶解氧控制模块集成 PID 算法与模糊逻辑，根据MLSS 浓度、ORP 值、进水负荷等参数实时优化曝气量，在保证处理效果的前提下降低能耗。污泥回流系统采用前馈-反馈复合控制策略，通过流量计与泥位计数据融合计算最佳回流比。编程环境使用结构化文本与功能块图混合编程，关键控制算法封装为可复用功能块，提升代码可维护性与移植性。系统还集成配方管理功能，支持存储多套工艺参数模板以适应不同季节水质变化。

3.3 传感网络与数据采集系统优化

数据采集层由多类型传感器构成高密度监测网络，包括超声波液位计、荧光法溶解氧传感器、红外浊度仪、氧化还原电位仪等智能仪表。传感器信号经信号调理电路滤波放大后，通过隔离式模拟量输入模块接入 PLC，消除接地回路干扰。针对易受污染的关键参数传感器，系统配置自动清洗装置与故障自诊断模块，当检测到数值漂移或响应延迟时自动触发校准程序。数据采集周期根据工艺需求分级设置，如曝气池参数每10 秒采集一次，而设备状态信号每分钟更新一次，平衡实时性与系统负载。采集数据经PLC内部数据块缓存后，通过以太网上传至 SCADA 系统，同时本地存储最近72 小时数据作为故障追溯依据。系统采用 CRC 校验与断点续传技术，确保在通信中断时数据不丢失。

3.4 人机交互界面的可视化设计

监控系统采用组态软件开发直观的操作界面，主画面以工艺流程图形式动态显示各单元设备状态与实时参数。关键指标如COD 浓度、氨氮浓度、总磷浓度、溶解氧、污泥负荷等采用数字仪表与趋势曲线组合展示，支持缩放查看历史数据。报警系统分级管理，将设备故障、工艺参数超标等紧急事件以红色弹窗提示并触发声光报警，普通提示信息则归类于消息日志。操作员可通过触摸屏直接修改设备启停状态、设定控制参数，所有操作记录自动生成审计追踪日志。系统支持多用户权限管理，区分管理员、工艺工程师与操作员各级别角色，确保关键参数修改受控。移动端 APP 通过VPN 接入系统，使管理人员可远程查看实时数据与报警信息，提升应急响应速度。此外，系统配置断电保护电路与数据备份模块，确保在突发断电情况下不丢失关键运行参数。

结束语

基于PLC 的电气自动化控制系统为污水处理行业带来了革命性的技术变革。通过逻辑编程与实时控制技术的结合，该系统实现了工艺流程的精准化管理和设备运行的高效协同。其模块化设计不仅降低了系统维护成本，还赋予污水处理厂更强的扩展能力以应对未来需求变化。随着物联网与人工智能技术的融合发展，PLC 控制系统将在智能决策与预测性维护领域展现更大潜力，持续推动污水处理行业向高效化、绿色化方向迈进。

参考文献

[1]杨丁弘扬.基于 PLC 的电气自动化控制污水处理系统设计[J].信息记录材料,2024,25(11):142-144+147.

[2]刘远会.基于 PLC 的化工污水处理自动化控制系统设计[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(11):178-180.

[3]南貌.基于 PLC 的皮革污水处理自动化控制系统设计[J].中国皮革,2023,52(04):34-37.

[4]徐焕宇.基于 PLC 的电气自动化控制水处理系统设计[J].造纸装备及材料,2022,51(10):40-42.

[5]白雪宁,宁煜,穆龙涛.PLC 的化工污水处理自动化控制系统设计[J].粘接,2021,48(12):146-150.